CN103237496B - 探测血管壁伪影 - Google Patents

Abstract

本申请涉及探测邻近血管壁的导管以及与其相关的血管壁伪影。在一个实施方式中，在导管中的光源可用于将光投射到血管中。可测量与血液相互作用的至少一个光波长相关的强度。基于测量的强度，可关于由于邻近血管壁的导管尖端引起的血管壁伪影进行测定。可给临床医生提供反馈，以便协助临床医生调节导管从而优化信号质量并且最小化由血管壁引起的伪影。

Description

探测血管壁伪影

技术领域

本申请涉及探测邻近血管壁的导管和/或相关血管壁伪影(artifact)。

背景技术

在最近25年中，重症监护医学领域变化显著。病患护理的专门装置、技术进步、以及卫生保健从业者对于生理学的更好理解减少了发病率和死亡率。最早的技术进步中有助于驱动这种进展的一项是导管的发展。在20世纪70年代早期，对导管添加热敏电阻允许快速评估心输出量。同时，更复杂的监控***也正在发展。因此，可以相对容易地在患者床侧进行更完善的血液动力学评估。

随着先进的技术，带来了对高级临床医生的需求。针对血液动力学监控，临床医生对导管的放置对于总血红蛋白(tHB)和氧饱和度以及其它生理学参数的精确测量是重要的。如果导管放置不当，则强烈的伪影可干扰测量。具体而言，血管壁具有包括强散射轮廓的光学性质，所述散射轮廓可产生显著干扰血液动力学测量的不期望的伪影。

当前，没有已知的用于协助临床医生在血管内适当放置导管以获得最清晰并且最高质量的信号的装置。

发明内容

本申请涉及探测邻近血管壁的导管和/或血管壁伪影。通过这种探测，可对临床医生提供音频或视频反馈，以便协助临床医生调节导管位置从而优化信号质量并且最小化由血管壁引起的伪影。

在一个实施方式中，连接到导管的光源可用于投射和接收光到血管中。可测量与至少一个光波长相关联的强度。基于测量的强度，可以确定血管壁伪影是否由于邻近血管壁的导管而超过阈值。

在另一个实施方式中，可测量多个波长的强度，并且强度的比可用于确定血管壁伪影的水平。多个波长的使用可抵消光源(例如，光源强度)之间的差异。

在另一个实施方式中，可测量与光波长相关联的的一个或多个强度，并将其与预定的基准点比较以确定与血管中导管位置相关的血管壁伪影的水平。

从参考附图进行的下列详述，本发明的上述及其他目的、特点和优势将变得更加清楚。

附图说明

图1是根据一个实施方式的框图，其中导管被***血管中。

图2是可用于图1的实例控制器的框图。

图3是探测血管壁伪影的实施方式的流程图。

图4是使用多个波长的强度比的方法的流程图。

图5是将强度测量值与预定阈值比较的方法的流程图。

图6是当导管过于靠近血管壁时设定管壁指示(indicator)的实施方式的流程图。

图7是图解说明图6中所用的滤波的图表。

图8显示血管中的导管放置以及相关图表，其中强度基于血管中导管放置而变化。

图9和10显示用于光源的可选实施方式。

具体实施方式

图1显示用于探测由于邻近血管壁的导管引起的血管壁伪影的装置。光源110被连接到***血管114中的导管112。光源110可以是各种类型中的任一种，比如LED，并且通常产生波长范围在大约400nm至大约800nm之间的光。可使用其它光源。一般而言，光源在离散的时间段上连续打开并且产生多个传播到血液115中的波长。导管112也可以是各种类型中的任一种，比如中央静脉导管或肺动脉导管，并且可包括两个平行的光导纤维116、118。第一光导纤维116是设计用于从光源接收光并且将光投射到血流中照亮血液的传输纤维。第二光导纤维118是能够从血液接收光并且将光输送至光电探测器122的接收纤维，其可包括在分光计或其它测量光性质的仪器中。虽然可使用任何光电探测器，但光电探测器122应当优选地能够测量范围在大约400nm至大约1000nm之间或更高的强度。接收的光一般是反射光、散射光和/或经过血液传输的光的组合。在任何情况下，接收的光携带用于获取血液动力学监控所需参数的信息，比如总血红蛋白和氧饱和度。理想地，光仅与血液相互作用。但是，实际上，光不仅与血液相互作用，也与位于放置了导管的环境中的其它物体相互作用。具体而言，血管壁伪影可能在接收的光中占主导并且显著影响计算的参数。如果不小心地使用，错误计算的血液参数可对患者的安全具有严重的影响。

控制器130可被连接到光电探测器122以及相关的用于测量光强度的仪器。控制器还可连接到光源110以便在测量期间控制光源。如下面进一步的描述，控制器可使用在光电探测器122中捕获的至少一个波长的测量的光强度，以确定由于导管尖端与血管壁邻近引起的血管壁伪影的水平。下面进一步描述使用光强度确定血管壁伪影和导管位置的各种技术。

图2图解了合适的控制器130的一般性实例，其中可实施所述的技术。因为所述技术可以在不同的一般性用途或特殊用途的计算环境中实施，控制器并不打算提出关于使用范围或功能的任何限制。

参考图2，控制器130可包括至少一个连接到存储器220的处理单元210(例如，信号处理器、微处理器、ASIC或者其它控制和处理逻辑电路)。处理单元210执行计算机可执行指令并且可以是真实的或虚拟的处理器。存储器220可以是易失性存储器(例如，寄存器、高速缓存、RAM)、非易失性存储器(例如，ROM、EEPROM、快擦写存储器等)或者二者的一些组合。存储器220可存储执行本文所述任何技术的软件280。

控制器可具有另外特征。例如，控制器可包括存储器240、一个或多个输入装置250、一个或多个输出装置260以及一个或多个通信连接270。互联机构(未显示)比如总线或网络将组件互联起来。典型地，操作***软件(未显示)为在控制器中执行的其它软件提供操作环境并且协调控制器组件的活动。

存储器240可以是可移动的或不可移动的，并且可以包括磁盘、磁带或盒式磁带、CD-ROM、CD-RW、DVD或者任何其它可用于存储信息并且可在控制器内存取的计算机可读介质。存储器240可存储软件280，其含有探测与血管壁中导管位置相关的血管壁伪影的指令。

输入装置(一个或多个)250可以是接触式输入装置比如键盘、鼠标、笔或跟踪球、声音输入装置、扫描装置或其他装置。输出装置(一个或多个)260可以是显示器、打印机、扬声器、CD或DVD刻录机或者其他从控制器提供输出的装置。一些输入/输出装置比如触摸屏可包括输入和输出功能。

通信连接(一个或多个)270能够通过通信机构与另一个计算实体通信。通信机构传输信息比如计算机可执行指令、音频/视频或其它信息或者其它数据。举例来说并且没有限制，通信机构包括通过电、光、RF、微波、红外线、声音或其它载体执行的有线或无线技术。

图3是探测血管壁伪影和/或邻近血管壁的导管的实施方式的流程图。在工艺框310中，如已经描述的，用导管将光投射到血管中。所述光传输经过导管112中的传输纤维116并且可以包括一个或多个波长，通常在400nm至850nm的范围内。在工艺框320中，用光电探测器122对至少一个波长测量强度。取决于具体的应用，测量的“强度”意思是与每单位面积的发射功率或者每立体角的功率相关的一般性术语。在工艺框330中，强度用于探测血管壁伪影。此外，相对于血管壁的导管位置也可基于强度进行评估。有各种可用于探测血管壁伪影的技术并且不应认为本公开内容限于本文描述的技术。

图4显示一种这样的技术，其可用于执行图3中的工艺框330。在工艺框410中，对于至少两个波长，通过控制器130从光电探测器122接收强度。在工艺框420中，通过将第一强度测量值除以第二强度测量值计算比例。实例测量包括具有580nm以下的第一波长和720nm以上的第二波长。为了防止单个频率的强度在比例上的权重过大，可以改为使用第一波长和第二波长附近的窄带区域的中值或均值强度。在工艺框430中，可将计算的比例与一个或多个预定阈值比较。例如，如果比例超过阈值，则其表明信号质量差，因为导管尖端在距血管壁不期望的距离内。多态指示(multistateindicator)也可用于显示不同的信号质量水平。例如，不同的阈值可表明不同的信号质量水平。可以用实验台研究和/或动物研究确定所述阈值。

图5显示另一种可用于执行图3中工艺框330的技术。在工艺框510中，接收与一个波长相关联的强度(或者单个波长附近范围的均值或中值)。在工艺框520中，将强度与一个或多个预定阈值比较。如果强度超过阈值，在工艺框530中，指示被输出到质量低的信号。如图4一样，可以用实验台研究和/或动物研究确定所述阈值。与至少需要两个波长的图4相反，图5的技术允许仅使用单个波长计算。

无论使用哪种技术，可以通过使用导管尖端放置不理想的视频或音频指示的输出装置260警告临床医生。这种即时反馈可允许临床医生动态地调节导管以便将信号质量最大化。可选地，由于导管尖端距血管壁的距离，任何存储的数据可具有指示信号质量的场。例如，多态指示可显示各种水平的信号质量(例如，从1至3的水平)。

图6显示用于探测由于邻近血管壁的导管引起的血管壁伪影的方法的另一个实施方式。在工艺框610中，获取宽带光谱并且将其滤波以便减弱背景和随机噪音。取决于具体应用，可使用各种噪音降低滤波器，包括线性或非线性滤波器。图7提供显示使用滤波器之前和之后的数据的实例图表。在工艺框620中，用至少两个波长强度计算比例。如之前所述的，也可在两个波长强度附近采用窄范围。在工艺框630中，基于导管与血管壁的邻近度设定血管壁指示。如前所述，使用预定的强度阈值，各种水平的信号质量可被输出到临床医生或数据文件。此外，可基于强度估算导管位置。

图8以虚线显示导管810，其具有与血管壁814相邻的尖端812。从血管壁反射从导管的尖端812照明的光816(如箭头818所示)，产生不期望的伪影，其可显著地干扰血液动力学测量。如图表820中所示，通过导管接收的光的光谱强度在多种波长上增加，特别是在400nm至1000nm或更高的范围中，其中导管与血管壁814相邻放置。在实例实施方式中，可设定阈值830使得如果光谱强度超过阈值，则指示可被提供给临床医生以便临床医生具有对于导管尖端位置和布置的即时反馈。因此，临床医生可将导管移动至840处实线所示的位置，其中传输到血液的光较少地受到由于血管壁引起的伪影的影响。这种给临床医生的即时反馈确保了精确血液动力学测量的高信号质量。

图9和10显示可用于执行本文所述方法的其他结构。在图9中，多个光源910比如多个彩色LED可用于提供离散的波长，其可通过定序器控制逻辑920进行定时多路传输以便在不同时间分别打开。离散的信号通过位于导管935内的光学传输纤维930传输到血液中并且反射到接收纤维940内。接收光纤940将离散的反射信号传输到分光计950的单个光电探测器。可采用多个光电探测器测量信号的特定效果。控制器960连接到光电探测器并且用于测定血管壁伪影和/或导管尖端位置，如前所述。

在图10中，单个或多个光源1010可通过波长过滤器1012比如滤波轮(filterwheel)进行传输，以便提供可被定时多路传输的离散波长的可选或额外的实施方式。光信号经过滤波器1012并且通过位于导管1025中的光导纤维1020传输到血液1030中并且通过接收纤维1040反射回至少一个光电探测器1050。控制器1060连接到光电探测器并且用于测定血管壁伪影和/或导管尖端位置，如前所述。

可在真实或虚拟目标处理器上的计算环境中执行的计算机可执行指令——比如程序模块中所包含的那些——的一般环境中描述本文的技术。一般而言，程序模块包括执行具体任务或实施具体抽象数据类型的例行工作、程序、程序库、对象、类别、组件、数据结构等。在各实施方式中程序模块的功能可根据需要在程序模块之间组合或分离。程序模块的计算机可执行指令可在局部或分布式计算环境中执行。

虽然以便于陈述的特定相继次序描述了一些公开方法的操作，但应当理解这种描述的方式包含重新排列，除非下面提及的特定语言需要具体的顺序。例如，在一些情况下，顺序描述的操作可重新排列或同时进行。而且，出于简洁，附图可不显示公开方法可与其它方法结合使用的各种方式。

任何公开的方法可作为存储在一个或多个计算机可读存储介质(例如，非暂时的计算机可读介质，比如一张或多张光盘、易失性存储组件(比如DRAM或SRAM)或者非易失性存储组件(比如硬盘驱动器))并且在计算机(例如，任何商业可得的计算机，包括智能手机或其它包括计算硬件的移动设备)上执行的计算机可执行指令实施。任何实施公开技术的计算机可执行指令以及任何在公开实施方式的实施期间产生和使用的数据可存储在一个或多个计算机可读介质(例如，非暂时的计算机可读介质)上。计算机可执行指令可以是例如专用软件应用或者通过网页浏览器访问或下载的软件应用或者其它软件应用(比如远程计算应用)的一部分。这种软件可以在例如单个本地计算机(例如，任何合适的商业可得的计算机)上或者在使用一台或多台网络计算机的网络环境(例如，通过Internet、广域网、局域网、客户-服务器网络(比如云计算网络)或者其它这种网络)中执行。

为了清楚，仅描述了软件型执行方式的某些选择的方面。本领域中众所周知的其它细节被省略。例如，应当理解，公开的技术不限于任何特定的计算机语言或程序。举例来说，公开的技术可通过以C++、Java、Perl、JavaScript、AdobeFlash或任何其它合适的编程语言书写的软件来执行。同样地，公开的技术不限于任何具体的计算机或硬件类型。合适的计算机和硬件的某些细节是众所周知的，并且不需要在本公开内容中具体陈述。

此外，任何软件型实施方式(包括，例如，使计算机执行任何公开的方法的计算机可执行指令)可通过合适的通信手段上传、下载或远程访问。这种合适的通信手段包括，例如，Internet、WorldWideWeb、内部互联网、软件应用、电缆(包括光纤电缆)、磁通信、电磁通信(包括RF、微波和红外线通信)、电子通信或者其它这样的通信手段。

鉴于可以应用本公开发明原理的许多可能的实施方式，应当认识到图解说明的实施方式只是本发明优选的实例，并且不应该看作限制本发明的范围。相反，本发明的范围由所附权利要求所限定。因此我们要求保护所有在这些权利要求的范围和精神内的我们的发明。

Claims (2)

1.探测邻近血管壁的导管的方法，其包括：

将光从导管投射到血管中；

测量与投射光相关的第一波长的第一强度；

测量与所述投射光相关的第二波长的第二强度；

使用处理单元来计算所述第一强度与所述第二强度的比；并且

使用所述处理单元以在计算的比超过预定阈值时确定导管接近所述血管壁。

2.探测血管壁伪影的装置，其包括：

导管，其包括传输光导纤维和接收光导纤维；

光源，其与所述传输光导纤维连接，用于将光传输到血液；

一个或多个光电探测器，所述一个或多个光电探测器与所述接收光导纤维连接，用于在所述光与所述血液相互作用之后接收所述光；以及

处理单元，其可操作用于计算由所述一个或多个光电探测器接收的光的第一波长的第一光强度与由所述一个或多个光电探测器接收的第二波长的第二光强度的比；并且在计算的比超过预定阈值时确定导管接近所述血管壁。